Penciptaan Lubang Hitam Bermassa Menengah di Gugus Bintang Padat

Penelitian baru ini menggunakan simulasi pertama dari masing-masing bintang yang membentuk gugus bola untuk mengeksplorasi mekanisme potensial pembentukan lubang hitam bermassa menengah.

Sebuah studi baru menunjukkan kemungkinan mekanisme pembentukan lubang hitam bermassa menengah di gugus bola, gugus bintang yang dapat menampung puluhan ribu atau bahkan jutaan bintang padat. Simulasi pertama pembentukan gugus bintang masif mengungkapkan bahwa awan molekuler yang cukup padat, yang merupakan “sarang kelahiran” gugus bintang, dapat melahirkan bintang-bintang yang sangat masif yang berevolusi menjadi lubang hitam bermassa menengah. Penelitian bersama ini dipimpin oleh Michiko Fujii dari Universitas Tokyo dan temuannya dipublikasikan hari ini (30 Mei) di jurnal Sains.

Bukti Teoritis IMBH

“Pengamatan sebelumnya menunjukkan bahwa beberapa gugus bintang masif (gugus bola) memiliki massa sedang lubang hitam (IMBH),” Fujii menjelaskan motivasi proyek penelitian tersebut. “IMBH merupakan lubang hitam dengan massa 100-10.000 massa matahari. Sejauh ini, belum ada bukti teoritis kuat yang menunjukkan adanya IMBH dengan massa 1.000-10.000 massa Matahari dibandingkan massa yang kurang masif (massa bintang) dan yang lebih masif (supermasif).

Tantangan dan Wawasan Simulasi

Sarang bersalin dapat memunculkan gambaran kehangatan dan ketenangan. Tidak demikian halnya dengan bintang. Gugus bintang globular terbentuk dalam kekacauan. Perbedaan kepadatan pertama-tama menyebabkan bintang-bintang bertabrakan dan bergabung. Saat bintang terus menyatu dan mengembang, gaya gravitasi juga meningkat. Tabrakan bintang yang berulang-ulang di daerah padat di pusat gugus bola disebut tumbukan tak terkendali. Hal ini dapat menyebabkan lahirnya bintang-bintang yang sangat masif dengan massa lebih dari 1.000 massa Matahari. Bintang-bintang ini berpotensi berkembang menjadi IMBH.

Namun, simulasi sebelumnya terhadap gugus bintang yang sudah terbentuk menunjukkan bahwa angin bintang menerbangkan sebagian besar massanya, sehingga menjadikannya terlalu kecil. Untuk mengetahui apakah IMBH bisa “bertahan”, peneliti perlu melakukan simulasi sebuah cluster saat masih terbentuk.

“Simulasi pembentukan gugus bintang merupakan tantangan karena biaya simulasinya,” kata Fujii. “Kami, untuk pertama kalinya, berhasil melakukan simulasi numerik pembentukan gugus bola, memodelkan masing-masing bintang. Dengan menyelesaikan masing-masing bintang dengan massa yang realistis untuk setiap bintang, kita dapat merekonstruksi tumbukan bintang-bintang di lingkungan padat. Untuk simulasi ini, kami telah mengembangkan kode simulasi baru, yang di dalamnya kami dapat mengintegrasikan jutaan bintang berbintang tinggi ketepatan.”

Omega Centauri, gugus bola di galaksi Bima Sakti. Gugus bola ini mungkin menampung lubang hitam bermassa menengah. Kredit: ESO

Arah Penelitian Masa Depan

Dalam simulasinya, tabrakan tak terkendali tersebut justru menyebabkan terbentuknya bintang sangat masif yang berevolusi menjadi lubang hitam bermassa menengah. Para peneliti juga menemukan bahwa rasio massa antara cluster dan IMBH sesuai dengan pengamatan yang awalnya memotivasi proyek tersebut.

“Tujuan utama kami adalah mensimulasikan seluruh galaksi dengan menyelesaikan masing-masing bintang,” Fujii menunjuk pada penelitian di masa depan. “Masih sulit untuk disimulasikan Bima Sakti-ukuran galaksi dengan menyelesaikan setiap bintang menggunakan superkomputer yang tersedia saat ini. Namun, simulasi galaksi yang lebih kecil seperti galaksi katai dapat dilakukan. Kami juga ingin menargetkan cluster pertama, cluster bintang yang terbentuk di awal alam semesta. Klaster pertama juga menjadi tempat lahirnya IMBH.”

Referensi: “Simulasi memprediksi pembentukan lubang hitam bermassa menengah di gugus bola” 30 Mei 2024, Sains.